CN104550966A - 一种高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺 - Google Patents

一种高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺,镶套采用复压复烧的工艺:在10-20MPa压力下,以30-35℃/min的速率升温至400-450℃保温保压15-20min后,以10-15℃/min的速率升温至600-650℃保温保压15-20min,以30-35℃/min的速率降温至550-590℃保温保压20-25min冷却到室温得到中间烧结件,将中间烧结件在20-25MPa压力下复压,以30-35℃/min的升温速率升温至600-650℃保温保压30-35min冷却。在本发明中,通过控制烧结过程中的升温速率和保温保压时间,抑制晶界迁移的同时保持晶界扩散处于活跃状态,实现在晶粒不长大的前提下完成烧结,得到的烧结体空隙少、孔隙形状圆滑且分布均匀,孔隙率降低,提高强度的同时增加了烧结体的塑性和耐磨性,延长了模具的使用寿命,增加模具的可修复次数。

Description

一种高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺
技术领域
本发明涉及拉丝模技术领域,尤其涉及一种高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺。
背景技术
在金属压力加工中,在外力的作用下使金属强行通过模具,金属横截面积被压缩,并获得所需要的横截面积、形状和尺寸的工具称为拉丝模,它是一种使金属丝由粗到细,逐步达到人们所需要的尺寸的工具,由模套和模芯两部分组成,在使用的过程中,由于拉拔的作用,会使模具发生不同程度的损伤,质量好的模具对于提高企业的生产效率,降低企业的成本是至关重要的,要想降低成本,获得稳定长时间的拉拔,精确地尺寸,较好的表面质量,没有高质量的拉丝模具是难以实现的。
聚晶金刚石是用经过认真挑选的质量优良的人造金刚石单晶加上少量的硅、钛等结合剂,在高温高压的条件下聚合而成,以其高硬度、高耐磨性以及优良的性价比等特点越来越受到拉丝行业的青睐,成为拉丝行业应用最广泛的模芯材料,但是金刚石脆性较大,难于加工,在制备模具以及模具的使用过程中会发生脆性爆裂,影响企业的产品质量,拉丝模在模芯表面会进行镶套保护模芯。拉丝模芯的镶套是模具生产过程中的一个重要环节,其中镶套的成分以及镶套工艺是直接影响拉丝模成品质量的重要因素。目前常用的金刚石拉丝模镶套方法有两种:一种是热镶,一种是粉末镶,其中以粉末镶套最为突出,粉末镶套的烧结过程是镶套制作工艺中的关键步骤,选择合适的镶套用金属粉末的成分,控制烧结工艺,能够提高模芯的利用率,得的综合性能好的模具,延长模具的使用寿命,提高生产的效率,降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供了一种高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺,实现了模具的镶套制作工艺的优化,得到综合性能好的模具,提高模具制备过程中模芯的利用率,延长模具的使用寿命,增加模具的修复次数。
本发明公开了一种高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺,所述拉丝模包括聚晶金刚石模芯、镶套和具有内腔的钢套,镶套包裹模芯并设于钢套的内腔中,镶套由顶部、底部和环绕模芯的周部组成,镶套采用金属粉末烧结而成;镶套制作工艺包括如下步骤:
S1、按质量百分比将34-37wt%的铁粉、20-25wt%的镍粉、15-19wt%的铜粉、8-10wt%的铝粉、8-10wt%的锌粉、1-2wt%的锡粉、1-2wt%的镁粉、2-3wt%的银粉、1-2wt%的磷粉、2-3wt%的锌-30wt%铝中间合金粉混合均匀得到金属粉;
S2、将钢套放置在石墨模具中;称取A单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱插入石墨模具中压住金属粉,放入烧结机内以5-8MPa压力冷压将金属粉压实形成镶套底部;
S3、在聚晶金刚石模芯的第一端面涂抹粘结剂,将聚晶金刚石模芯置于钢套中,使聚晶金刚石模芯上涂抹粘结剂的第一端面粘结在镶套底部;称取B单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,使金属粉充满聚晶金刚石模芯的周围空间,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压筒插入石墨模具中压住金属粉,放入烧结机内以5-10MPa的压力冷压将金属粉压实形成镶套周部;
S4、称取C单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱插入石墨模具中压住金属粉,放入烧结机内进行复压复烧将金属粉压实形成镶套顶部;在复压复烧过程中,镶套底部、周部和顶部复压复烧形成一体镶套,并且,镶套、聚晶金刚石模芯和钢套复压复烧成一体形成聚晶金刚石拉丝模;其中,复压复烧过程如下:在10-20MPa压力下,以30-35℃/min的速率升温至400-450℃,保温保压15-20min后,以10-15℃/min的速率,升温至600-650℃,保温保压15-20min,以30-35℃/min的速率降温至550-590℃,保温保压20-25min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在20-25MPa压力下复压,以30-35℃/min的升温速率,升温至600-650℃,保温保压30-35min,随炉冷却到室温卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
优选地,复压复烧过程如下:在11-18MPa压力下,以32-34℃/min的速率升温至405-446℃,保温保压16-19min后,以12-14℃/min的速率,升温至610-640℃,保温保压16-18min,以31-34℃/min的速率降温至560-570℃,保温保压21-25min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在22-25MPa压力下复压,以31-33℃/min的升温速率,升温至630-645℃,保温保压31-34min,随炉冷却到室温卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
优选地,复压复烧过程如下:在16MPa压力下,以33℃/min的速率升温至437℃,保温保压17min后,以13℃/min的速率,升温至633℃,保温保压17min,以33℃/min的速率降温至567℃,保温保压25min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在25MPa压力下复压,以32℃/min的升温速率,升温至630℃,保温保压34min,随炉冷却到室温卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
本发明中,通过采用新的镶套用金属粉配方和复压复烧工艺,提升了聚晶金刚石拉丝模模套的综合性能,提高模具制备过程中聚晶金刚石模芯的利用率,延长拉丝模具的使用寿命,增加模具的修复次数;采用了新的镶套用金属粉配方,配方以铁-镍-铜系为基并添加了其他元素组成。一方面,配方中提高了锌的含量同时相应的调整了镍、锡的含量,在降低成本的同时,易于形成金属间化合物,使形成的镶套与模芯和钢套紧密贴合,在模具使用过程中不易剥落;另一方面,减小了金属粉的颗粒大小,金属粉末粒度为160目左右,细化了晶粒,增加了形成镶套的致密度,延长模具的使用寿命;采用了复压复烧的烧结工艺,第一次烧结过程中,升温初期,采用了较快的升温速率,提高了材料的气体扩散速率,缩短了材料从低温区进入高温区的时间,增加了烧结的驱动力,加快了烧结的速度,之后降低了升温速率,防止在高温区时因升温过快引起的过烧现象,之后以较快的速率降温至550℃,并延长了保温保压时间,抑制晶界迁移的同时保持晶界扩散处于活跃状态,实现在晶粒不长大的前提下完成烧结;将一次烧结件复压复烧,可以使压力充分传递,改善一次烧结件中颗粒的分布,颗粒间原子扩散使烧结颈长大,在一定程度上消除了初次烧结过程中产生的空隙,与普通的烧结方式相比,得到的烧结体空隙少、孔隙形状圆滑且分布均匀,孔隙率降低,提高强度的同时增加了烧结体的塑性和耐磨性,延长了模具的使用寿命,增加模具的可修复次数,提高生产效率,降低成本。
附图说明
图1是本发明中聚晶金刚石拉丝模的结构示意图。
图2为本发明中聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺流程图。
图3为本发明中镶套底部冷压成型的工作状态示意图。
图4为本发明中聚晶金刚石模芯定位的工作状态示意图。
图5为本发明中镶套周部冷压成型的工作状态示意图。
图6为本发明中复压复烧成型的工作状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做出详细说明,应当了解,实施例只用于说明本发明,而不是用于对本发明进行限定,任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
图1是本发明中聚晶金刚石拉丝模的结构示意图,如图1所示,聚晶金刚石拉丝模包括聚晶金刚石模芯A、镶套B和具有内腔的钢套C,镶套B包裹聚晶金刚石模芯A并设于钢套C的内腔中,镶套B与钢套C的内腔紧密贴合,基于聚晶金刚石模芯A与镶套B的位置关系,将镶套B分为顶部、底部和环绕模芯的周部,其中,镶套底部位于模芯A的底部,镶套周部位于模芯A的外周,镶套顶部位于模芯A的顶部;镶套B、聚晶金刚石模芯A和钢套C沿着同一中心轴线对称分布。
本发明实施例中,在高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作过程中,采用石墨模具进行镶套压制。
图3为本发明中镶套底部冷压成型的工作状态示意图;图4为本发明中聚晶金刚石模芯定位的工作状态示意图;图5为本发明中镶套周部冷压成型的工作状态示意图;图6为本发明中复压复烧成型的工作状态示意图。
如图3至图6所示,所述石墨模具包括上模1、下模2和压模,其中,压模包括石墨压柱3和石墨压筒4,石墨压柱3为圆柱状结构,石墨压筒4为设有轴向的通孔的圆筒状结构;上模1是具有内腔的柱状模具,上模1的内腔分为上下连通的上腔和下腔,上腔的内径与石墨压柱和石墨压筒的外径相等,下腔的直径与钢套的外径相等;下模2是具有突出圆柱的柱状模具,圆柱的直径与上模1的下腔直径相等,下模2的圆台与钢套的高度之和与上模1的下腔高度相等;实施例1-3中,在对聚晶金刚石模芯进行定位时设计了定位压柱5,定位压柱5也可以采用石墨制成,聚晶金刚石模芯可套在石墨压筒4的通孔中,定位压柱5可插入石墨压筒的通孔中并对聚晶金刚石模芯进行安装和定位。
本发明所公开的高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺中各实施例中金属粉末成分配比(质量百分比)如表1所示:
表1各实施例中镶套用金属粉末的成分配比(质量百分比)
如图2所示,图2为本发明中聚晶金刚石拉丝模的镶套制作工艺流程图。
实施例1
S1、按照表1中实施例1所列出的质量配比将各金属粉末混合均匀;
S2、将钢套放置在上模1的下腔内,再将下模2的圆柱置于上模1的下腔内,这样,钢套安装在上模1和下模2之间;称取A单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱从上腔插入上模1中,如图3所示,石墨压柱压住金属粉,将上模1、下模2、钢套、金属粉和石墨压柱的组合体放入烧结机,在烧结机上以6MPa压力冷压将金属粉压实,压实的金属粉形成镶套底部;
S3、将聚晶金刚石模芯粘在石墨压筒的通孔中,在聚晶金刚石模芯的下端面涂抹粘结剂,将石墨压筒从上腔插入上模1中,将聚晶金刚石模芯与镶套底部粘贴牢固,然后将定位压柱插入石墨压筒的通孔中并压住聚晶金刚石模芯,通过旋转方式拔起石墨压筒,然后将石墨压筒和定位压柱取出,如图4所示;称取B单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,并将金属粉充满聚晶金刚石模芯的周围空间,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压筒从上腔插入上模1中,如图5所示,石墨压筒压住钢套中聚晶金刚石模芯周围的金属粉,将上模1、下模2、钢套、金属粉、聚晶金刚石模芯和石墨压筒的组合体放入烧结机,在烧结机上以9MPa的压力冷压将金属粉压实,压实的金属粉形成镶套周部;
S4、称取C单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱从上腔插入上模1中,石墨压柱压住金属粉,如图6所示,将上模1、下模2、钢套、聚晶金刚石模芯、金属粉和石墨压柱的组合体放入烧结机内进行复压复烧将金属粉压实,压实的金属粉形成了镶套顶部;在复压复烧过程中,镶套底部、周部和顶部复压复烧形成一体镶套,并且,镶套、聚晶金刚石模芯和钢套复压复烧成一体形成聚晶金刚石拉丝模;具体地,复压复烧过程如下:在11MPa压力下,以34℃/min的速率升温至405℃,保温保压18min后,以12℃/min的速率,升温至645℃,保温保压16min,以31℃/min的速率降温至555℃,保温保压24min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在25MPa压力下复压,以34℃/min的升温速率,升温至645℃,保温保压34min,随炉冷却到室温;S7、卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
实施例2
S1、按照表1中实施例2所列出的质量配比将各金属粉末混合均匀;
S2、将钢套放置在上模1的下腔内,再将下模2的圆柱置于上模1的下腔内,这样,钢套安装在上模1和下模2之间;称取A单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱从上腔插入上模1中,如图3所示,石墨压柱压住金属粉,将上模1、下模2、钢套、金属粉和石墨压柱的组合体放入烧结机,在烧结机上以7MPa压力冷压将金属粉压实,压实的金属粉形成镶套底部;
S3、将聚晶金刚石模芯粘在石墨压筒的通孔中,在聚晶金刚石模芯的下端面涂抹粘结剂,将石墨压筒从上腔插入上模1中,将聚晶金刚石模芯与镶套底部粘贴牢固,然后将定位压柱插入石墨压筒的通孔中并压住聚晶金刚石模芯,通过旋转方式拔起石墨压筒,然后将石墨压筒和定位压柱取出,如图4所示;称取B单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,并将金属粉充满聚晶金刚石模芯的周围空间,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压筒从上腔插入上模1中,如图5所示,石墨压筒压住钢套中聚晶金刚石模芯周围的金属粉,将上模1、下模2、钢套、金属粉、聚晶金刚石模芯和石墨压筒的组合体放入烧结机,在烧结机上以7MPa的压力冷压将金属粉压实,压实的金属粉形成镶套周部;
S4、称取C单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱从上腔插入上模1中,石墨压柱压住金属粉,如图6所示,将上模1、下模2、钢套、聚晶金刚石模芯、金属粉和石墨压柱的组合体放入烧结机内进行复压复烧将金属粉压实,压实的金属粉形成了镶套顶部;在复压复烧过程中,镶套底部、周部和顶部复压复烧形成一体镶套,并且,镶套、聚晶金刚石模芯和钢套复压复烧成一体形成聚晶金刚石拉丝模;具体地,复压复烧过程如下:在19MPa压力下,以31℃/min的速率升温至445℃,保温保压17min后,以14℃/min的速率,升温至605℃,保温保压19min,以34℃/min的速率降温至558℃,保温保压21min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在24MPa压力下复压,以35℃/min的升温速率,升温至605℃,保温保压32min,随炉冷却到室温,卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
实施例3
S1、按照表1中实施例3所列出的质量配比将各金属粉末混合均匀;
S2、将钢套放置在上模1的下腔内,再将下模2的圆柱置于上模1的下腔内,这样,钢套安装在上模1和下模2之间;称取A单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱从上腔插入上模1中,如图3所示,石墨压柱压住金属粉,将上模1、下模2、钢套、金属粉和石墨压柱的组合体放入烧结机,在烧结机上以5.5MPa压力冷压将金属粉压实,压实的金属粉形成镶套底部;
S3、将聚晶金刚石模芯粘在石墨压筒的通孔中,在聚晶金刚石模芯的下端面涂抹粘结剂,将石墨压筒从上腔插入上模1中,将聚晶金刚石模芯与镶套底部粘贴牢固,然后将定位压柱插入石墨压筒的通孔中并压住聚晶金刚石模芯,通过旋转方式拔起石墨压筒,然后将石墨压筒和定位压柱取出,如图4所示;称取B单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,并将金属粉充满聚晶金刚石模芯的周围空间,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压筒从上腔插入上模1中,如图5所示,石墨压筒压住钢套中聚晶金刚石模芯周围的金属粉,将上模1、下模2、钢套、金属粉、聚晶金刚石模芯和石墨压筒的组合体放入烧结机,在烧结机上以6.4MPa的压力冷压将金属粉压实,压实的金属粉形成镶套周部;
S4、称取C单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱从上腔插入上模1中,石墨压柱压住金属粉,如图6所示,将上模1、下模2、钢套、聚晶金刚石模芯、金属粉和石墨压柱的组合体放入烧结机内进行复压复烧将金属粉压实,压实的金属粉形成了镶套顶部,在复压复烧过程中,镶套底部、周部和顶部复压复烧形成一体镶套,并且,镶套、聚晶金刚石模芯和钢套复压复烧成一体形成聚晶金刚石拉丝模;;具体地,复压复烧过程如下:复压复烧过程如下:在16MPa压力下,以33℃/min的速率升温至437℃,保温保压17min后,以13℃/min的速率,升温至633℃,保温保压17min,以33℃/min的速率降温至567℃,保温保压25min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在25MPa压力下复压,以32℃/min的升温速率,升温至630℃,保温保压34min,随炉冷却到室温卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
在实施例1-3中,选用新的镶套用金属粉末配方,提高了组成中锌元素的含量,并根据锌元素含量的变化,调整了铁、镍、锰、锡元素的含量值,增加了铝元素、镁元素和锌铝合金,并选用了相同的金属粉末粒度,为获得优良的综合性能提供了基础;采用了复压复烧的烧结工艺,改善了烧结条件,获得了具有低气孔率、高强度和高致密度的模具。

Claims (3)

1.一种高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺,其特征在于,所述拉丝模包括聚晶金刚石模芯、镶套和具有内腔的钢套,镶套包裹模芯并设于钢套的内腔中,镶套由顶部、底部和环绕模芯的周部组成,镶套采用金属粉烧结而成;镶套制作工艺包括如下步骤:
S1、按质量百分比将34-37wt%的铁粉、20-25wt%的镍粉、15-19wt%的铜粉、8-10wt%的铝粉、8-10wt%的锌粉、1-2wt%的锡粉、1-2wt%的镁粉、2-3wt%的银粉、1-2wt%的磷粉、2-3wt%的锌-30wt%铝中间合金粉混合均匀得到金属粉;
S2、将钢套放置在石墨模具中;称取A单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱插入石墨模具中压住金属粉,放入烧结机内以5-8MPa压力冷压将金属粉压实形成镶套底部;
S3、在聚晶金刚石模芯的第一端面涂抹粘结剂,将聚晶金刚石模芯置于钢套中,使聚晶金刚石模芯上涂抹粘结剂的第一端面粘结在镶套底部;称取B单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,使金属粉充满聚晶金刚石模芯的周围空间,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压筒插入石墨模具中压住金属粉,放入烧结机内以5-10MPa的压力冷压将金属粉压实形成镶套周部;
S4、称取C单位S1中配制的金属粉倒入钢套中,震动石墨模具使金属粉均匀平整,将石墨压柱插入石墨模具中压住金属粉,放入烧结机内进行复压复烧将金属粉压实形成镶套顶部;在复压复烧过程中,镶套底部、周部和顶部复压复烧形成一体镶套,并且,镶套、聚晶金刚石模芯和钢套复压复烧成一体形成聚晶金刚石拉丝模;其中,复压复烧过程如下:在10-20MPa压力下,以30-35℃/min的速率升温至400-450℃,保温保压15-20min后,以10-15℃/min的速率,升温至600-650℃,保温保压15-20min,以30-35℃/min的速率降温至550-590℃,保温保压20-25min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在20-25MPa压力下复压,以30-35℃/min的升温速率,升温至600-650℃,保温保压30-35min,随炉冷却到室温卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
2.根据权利要求1所述的高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺,其特征在于,复压复烧过程如下:在11-18MPa压力下,以32-34℃/min的速率升温至405-446℃,保温保压16-19min后,以12-14℃/min的速率,升温至610-640℃,保温保压16-18min,以31-34℃/min的速率降温至560-570℃,保温保压21-25min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在22-25MPa压力下复压,以31-33℃/min的升温速率,升温至630-645℃,保温保压31-34min,随炉冷却到室温卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
3.根据权利要求2所述的高耐磨性聚晶金刚石拉丝模的复烧复压制作工艺,其特征在于,复压复烧过程如下:在16MPa压力下,以33℃/min的速率升温至437℃,保温保压17min后,以13℃/min的速率,升温至633℃,保温保压17min,以33℃/min的速率降温至567℃,保温保压25min,随炉冷却到室温,取出得到中间烧结件,将中间烧结件在25MPa压力下复压,以32℃/min的升温速率,升温至630℃,保温保压34min,随炉冷却到室温卸压后取出得到高耐磨性聚晶金刚石拉丝模。
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